Файл: Волчкевич, А. И. Высоковакуумные адсорбционные насосы.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 57

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

насоса, жалюзная ловушка; сетчатый патрон для под­ держания адсорбента, соединительная часть вакуумпровода и т. д.) и натеканием Q.

Пропускная способность входной жалюзной ловушки зависит от ее конструкции, расположения, температу­ ры и т. д. Точный расчет можно произвести методом ста­ тистических испытаний ' Монте-Карло. Для ориентиро­ вочных практических расчетов можно пользоваться зна­ чением удельной пропускной способности жалюзной ло­

вушки, равным 2—3 л/(с-см2 ).

 

Величина

р д представляет собой увеличение

давле­

ния газа на

поверхности зерен адсорбента по

сравне­

нию с усредненным значением по сечению зерна. В со­ ответствии с формулой (36) значение р д однозначно оп­ ределяется адсорбционно-диффузионными характеристи­ ками адсорбента

Рд =

Ко

 

=

ft,

flL

= - l

i - .

Н А

3 D e Г д

М

 

Dc

Г д 4 1

s T

 

Для определения р д

можно пользоваться

эксперимен­

тальными зависимостями

р д

от qi = Q/M

(см. рис. 22, 27,

29, 31). Величина sT = 9i/pH представляет собой теорети­ ческую начальную скорость откачки единицы массы ад­ сорбента. Значение sT практически постоянно для кон­ кретного типа адсорбента в широком диапазоне давле­

ний. Для ориентировочных расчетов sT можно

принять

равной 0,5—1,0 л/с-г. Точные

значения р д или

sT

опре­

деляют по экспериментальным

данным.

 

 

 

 

 

Величина Ар

при

известном

натекании

определяет

скорость увеличения давления в квазистационарном

ре­

жиме:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гд

 

УИГд

Г д

 

 

 

 

 

Абсолютное значение Др определяется самой

важ­

ной характеристикой

адсорбента

—

динамической

ад-

сор бируемостью

газа

Гд . Для

вычисления

Др

 

можно

пользоваться экспериментальными

зависимостями

Г д

от

q\

(см.,

например,

рис. 22, 27,

29,

31, 32). Как показано

в

гл. V,

Г д сильно

отличается

от

статической

адсорби-

руемости ГС т, особенно,

в

области

давлений

10- 7

мм

рт. ст. и ниже (см. рис.

32).

При

давлениях

Ю - 5

мм

рт. ст. и выше значения

Г д

и

Г с т

близки, поэтому

для

ориентировочных

расчетов

можно

пользоваться

значе-

146

нием Гст, которое легко определить по изотерме адсорб­ ции графическим дифференцированием. В области дав­ лений Ю - 7 мм рт. ст. и ниже, особенно для хорошо ад­

сорбирующихся

газов, величина

Г д значительно

мень­

ше

Г с т .

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (50) можно рассчитать давление в ваку­

умной

системе

с адсорбционным

насосом

и соответст­

венно

эффективную скорость откачки

и

изменение ее

во

времени.

 

 

 

 

 

 

 

Если для конкретных

условий

(при

известной

газо­

вой

нагрузке)

необходимо

разработать

или подобрать

адсорбционный насос, то необходимо выполнить следую­ щие расчеты. По заданным значениям газовой нагрузки

и допустимого давления

р д о п определяют

эффективную

скорость откачки насоса

Sa(j> = Q/рдоп. Для

конкретного

насоса с близким значением скорости по известной газо­ вой нагрузке вычисляют давление и скорость откачкивакуумной системы с адсорбционным насосом. При раз­ работке нового насоса по значениям 5Э ф и удельной тео­ ретической начальной скорости sT предварительно опре­ деляют необходимое количество выбранного адсорбента

'М = k 2* ,

где km 2 — коэффициент, учитывающий влияние вход­ ного сопротивления насоса и времени откачки на вели­ чину давления.

Далее, по конструктивным соображениям определя­ ют основные размеры адсорбционной полости насоса с учетом толщины слоя и насыпной массы адсорбента. Повторный 'расчет позволяет уточнить изменение во вре­ мени давления-и скорости откачки насоса. Такой расчет выполняют по основным компонентам откачиваемой га­ зовой среды, сильно отличающимся по адсорбционным характеристикам.

Адсорбционные насосы'при температуре жидкого азо­ та практически не откачивают гелий и неон и плохо от­ качивают водород. Если давление гелия и неона пре­ вышает допустимое общее давление, то для удаления их необходимо использовать вспомогательное средство от­ качки очень небольшой производительности ( < 1 л/с).

Невысокая адсорбционная способность обычных адсор­ бентов по водороду исключает использование только ад­ сорбционных насосов при больших газовыделениях во-

10*

147

дорода. Для обеспечения необходимых скоростных ха­ рактеристик вакуумной системы с адсорбционным насо­ сом по водороду необходимо применять специальные адсорбенты (см. гл. VI) или дополнительный высокова­ куумный насос. Для этого можно использовать молеку­ лярный, диффузионный (с защитной ловушкой) или магниторазрядный насосы невысокой производительности.

Весьма перспективным следует считать использова­ ние сугубо избирательных насосов по водороду, прин­ цип действия которых основан на высокой проницаемо­ сти палладия и некоторых его сплавов по водороду [64]. Палладиевая тонкостенная перегородка толщиной около

0,1 мм

(например, трубка)

разделяет вакуумную по­

лость от

атмосферы. Водород

на стенке палладиевой

перегородки; соприкасающейся с атмосферой, окисляет­ ся кислородом воздуха, вследствие чего концентрация

Рис. 66. Типовая схема установки с высоковакуумными адсорбционными насосами:

/ — откачиваемый

о б ъ е м ; 2,. 9— высоковакуумные

краны;

3 —

высо­

ковакуумные адсорбционные насосы; 4 — краны

предварительной

откачки

адсорбционных

насосов; 5 — защитная ловушка;

6 — фор -

вакуумный кран;

7 — механический

насос

предварительного

разре­

жения;

3 — к р а н

предварительной

откачки

объема; 10 — вспомога­

 

 

тельный

высоковакуумный

насос

 

 

 

148

водорода резко уменьшается. Под действием разности концентраций в палладиевой перегородке водород по­ стоянно удаляется из откачиваемого объема.

Типовая вакуумная схема установки с высоковакуум­ ными адсорбционными насосами представлена на рис. 56. Два поочередно работающих высоковакуумных адсорб­ ционных насоса обеспечивают создание необходимого давления в объеме. Два насоса необходимы лишь в том случае, если из-за повышения предельного давления (насыщения адсорбента) необходимо производить реге­ нерацию насоса с прерыванием технологического про­ цесса. Кроме того, два насоса'можно устанавливать для снижения непроизводительных потерь оборудования.

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВАКУУМНЫХ НАСОСОВ

Адсорбционные насосы применяют не только для по­

лучения безмасляного предварительного

разрежения, но

и для создания и поддержания высокого

вакуума.

В работе Г201 сообщалось об одном из первых случа­

ев использования адсорбционных насосов для поддержа­ ния высокого вакуума (около Ю - 6 мм рт. ст.) при вы­ сокотемпературных металлографических исследованиях. Насос в виде латунной трубки длиной 300 и диаметром 30 мм был припаян непосредственно к камере установ­ ки. Активный уголь БАУ располагали слоем около 10 мм. Предварительно установку и адсоБбционный на­ сос откачивали форвакуумным насосом. После 15—20 ч работы насоса алсопбент регенерировали нагревом кор­ пуса пои 100—150°С в течение 1.5—2 ч при откачке фоовакуумным насосом. Четзез 3—5 мин после охлаж­

дения насоса давление понижалось

до Ю - 6 мм

D T . ст.

Насос подобной конструкции

использован

Г341 для

откачки и поддержания высокого вакуума в острофокус­ ной рентгеновской трубке. За 3—5 мин достигалось дав­ ление Ю - 5 мм рт. ст. даже при наличии некоторой течи. Регенерацию (примерно один раз в месяц) проводили погружением насоса в кипяток при откачке форвакуум­ ным насосом в течение 1—2 ч.

В

работе [561 приведены конструкции четырех ти­

пов

поглотительных устройств, охлаждаемых жидким

азотом. Они были с успехом использованы вместо насо­ са предварительного разрежения в вакуумной системе с парортутными насосами. При этом не происходило по-

149

падание масла из форвакуумного насоса в диффузион­ ный, сопровождающееся крекингом и ухудшением ха­ рактеристик откачной системы. Предварительно обезгажениое устройство обеспечивает разрежение не выше Ю - 5 мм рт. ст. в течение нескольких дней.

Представляется интересным использование адсорб­ ционного насоса, предварительно насыщенного аргоном, в установках для напыления тонких пленок с помощью ионной бомбардировки. Постоянное давление аргона, необходимое для соблюдения оптимальных условий рас­ пыления, обеспечивается без создания постоянного нате­ кания.

Авторы работы [19] описывают использование адсорб­ ционного насоса вместе с магниторазрядным для откач­ ки и обезгаживания электровакуумных приборов с крупными оксидными катодами. Вследствие разложения карбонатов при обезгаживании оксидного катода давле­ ние в вакуумной системе с магниторазрядным насосом (без адсорбционного) возрастало до Ю - 2 мм рт. ст., т. е. значительно выше допустимого. Параллельное подклю­ чение адсорбционного насоса позволило снизить давле­ ние до 10~4 мм рт. ст. Высокая избирательная способ­ ность адсорбционного насоса по окислительным компо­ нентам газовой среды ( Н 2 0 , С 0 2 ) позволяет уменьшить вероятность протекания окислительных процессов. На заключительных стадиях обезгаживания прибора, когда выделение газа резко уменьшалось, адсорбционный на­ сос отключали, так как его предельное давление было выше, чем в магниторазрядном насосе. Предварительное разрежение в описанной вакуумной системе обеспечива­ лось также адсорбционным насосом.

Попеременная работа двух адсорбционных насосов в сочетании с вспомогательным средством откачки [15] обеспечивала поддержание динамического давления Ю - 6 — 1 0 _ 7 м м р т . ст. при температуре 600—650°С в уста­ новке обезгаживания. Достигаемое предельное давление (10~8 —Ю- 9 мм рт. ст.) определялось натеканием атмо­ сферного воздуха в камеру, а в отдельных случаях — давлением водорода вследствие насыщения адсорбента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арефьев А. В., Максимов С. П. Сорбция воздуха цеолитами при температуре жидкого азота и низких давлениях. ЖФХ, 1966,

т.XL, № 8, стр. 1899—1902.

2.Арефьев А. В., Максимов С. П. Сорбция воздуха активиро­ ванными углями и силикагелями при температуре жидкого азота н

низких давлениях. ЖФХ, 1967, т. X L I , № 7, стр. 1565—1570.

3.Арефьев А. В., Максимов С. П. Сорбция воздуха цеолитами, силикагелями, алюмогелями и активными углями. В сб. «Физика и техника сверхвысокого вакуума». Под ред. Г. Л. Саксаганского, Л., «Машиностроение», 1968, стр. 22—31.

4.Арефьев А. В., Лисицын В. Я-, Максимов С. П. Сорбционный

сверхвысоковакуумный

насос

с

азотным

охлаждением

ССНА-0,5,

ПТЭ,

1968, № 3, стр. 149—153.

 

 

 

 

 

 

 

5.

Астахов

В. А. и др. Об

уравнении изотермы адсорбции па­

ров активными углями

микропористой структуры. ЖФХ, 1968, т. XL,

№ 6, стр. 1240—1245.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Бабийчук

 

В. П. и др. Некоторые

характеристики

угольных

адсорбционных

насосов. ПТЭ, 1968, № 4, стр. 161—163.

 

 

7.

Бабийчук

 

В. П. и др. Адсорбция

гелия палладированным си-

ликагелем

при низких

температурах.

Труды

физико-технического

института

низких

температур

АН УССР,

Вып. 1. Харьков,

1968.

• 8.

Беринг Б.

П., Серпинский

В. В. Изостеры

адсорбции

на с и н ­

тетических цеолитах в потенциальной теории. В сб. «Синтетические

цеолиты». Под ред. М. М. Дубинина

и В. В. Серпинского. М., изд-

во АН СССР, 1962, стр. 18—23.

 

 

 

 

 

9. Бгринг Б. П. и др. Адсорбция

паров аргона

и

азота

на

цео­

лите NaX, модифицированном водой. ЖФХ, 1966,

т.

XL,

№

3,

стр. 549—555.

 

 

 

 

 

10.Воронин В. С, Никулина В. С. и Полторак О. М. Условия приготовления и дисперсность платины в платинированных силикагелях. ЖФХ, 1963, т. X X X V I I , № 5, стр. 1174—1177.

11.Брунауер С. Адсорбция газов и паров. Т. I . Физическая ад­ сорбция. Пер. с англ. под ред. М. М. Дубинина. М., «Иностранная литература», 1948, 781 стр.

12.Волч'кевич А. И. Влияние охлаждения' и толщины слоя ад­ сорбента на характеристики высоковакуумного адсорбционного на-

151

Смотрите также файлы